整体式U形渠道混凝土衬砌结构冻胀破坏力学模型

通过对整体式小型U形混凝土衬砌渠道冻胀破坏特征及原因分析,将结构简化为在法向冻胀力、法向冻结力、切向冻结力和重力共同作用下的超静定两铰拱,应用结构力学原理求解出衬砌板的冻胀力及内力图,结合混凝土板抗裂条件,给出了最大拉应力、衬砌板厚和抗冻胀破坏验算的公式,并对整体式与两拼式U形衬砌板冻胀效应进行了比对。结果表明,整体式U形混凝土衬砌渠道由于具有冻胀变形均匀、法向冻胀力小、抗冻胀能力强等特点,优于传统的两拼式U形渠道断面。

U形和弧形底梯形渠道衬砌冻胀力的统一解

依据渠道防渗工程技术规范(GB/T 50600—2010)中的规定和说明可知,整体U形渠道衬砌和弧形底梯形渠道衬砌结构的力学计算简图相似,综合考虑渠道衬砌板厚、坡板长、半径和坡板倾角对渠道冻胀内力的影响,基于线弹性力学理论建立了整体U形和弧形底梯形砼渠道衬砌冻胀内力的统一计算模型。利用计算模型的解析解分析了不同因素对整体U形和弧形底梯形渠道衬砌的最大拉应力、最大拉应力位置、法向冻结力和法向冻胀力的影响规律及其敏感性。模型计算结果表明,整体U形砼渠道衬砌最大拉应力的主要影响因素为坡板长和板厚,而弧形底梯形砼渠道最大拉应力的主要影响因素为坡板倾角和坡板长。针对渠道衬砌冻胀破坏的主要原因是冻胀最大拉应力超过了渠道衬砌材料的容许拉应力这一问题,借助该模型给出了确定整体U形和弧形底梯形渠道衬砌最佳厚度的规则和方法。建议进行渠道衬砌设计时,在满足断面流量和经济的前提条件下,整体式U形渠道衬砌可采用"短坡厚板"的设计思想,弧形底梯形渠道衬砌则采用"缓坡短板"的设计思想。

基于多孔介质理论的渠道基土温度场特性研究

视冻土为均匀各向同性的多孔介质,确定了不同冻结状况下的土壤热参数。根据热传导方程,建立了土壤冻结过程的二维变系数数学模型,通过全隐式差分方法,并采用交替方向差分格式,得到了随时间和空间变化的温度分布场的求解方法。利用土柱冻结解析解验证了数值模型。以整体式小型U形渠道为对象,研究了不同位置及深度的基土温度分布状况,并与野外观测结果进行了对比。结果表明,基于多孔介质理论确定土壤热参数可以简化非线性方程的求解,全隐式交替差分格式对于小型渠道基土求解温度场比较适用;由于渠道区域形状的不规则及其二维边界,导致地下水位、热流对渠道不同部位的温度分布具有不同的作用,阴坡温度普遍低于渠底,已冻区逐渐扩大,温度分布较均匀,正冻区渠道基土温度呈非均匀分布状态。